高中物理新課程標準必修課建議學時分配 1 單元1 質點參考系與坐標系（1學時） 2 時間與位移（2學時） 單元3 運動速度的描述 速度（2學時） 4 實驗：利用點計時器練習（2學時） 5 速度變化的描述 加速度（2學時） 1 質點參考系與坐標系 （1）教材分析 要描述物體的運動，首先要建立實際物體的物理模型，最簡單的就是質點模型。由于運動的相對性，描述質點運動時必須明確選擇參考系。為了準確定量地描述質點的運動，還必須建立坐標系。質點、參考系、坐標系是描述物體運動的基本知識。教材圍繞這些內容逐步展開，最后介紹了全球衛星定位系統。本節的知識是學習后面內容的基礎，也是整個力學的基礎。 （2）粒子的教學粒子模型是高中物理中第一個提出的理想模型，我們對粒子概念的形成和粒子模型建立過程的教學要求是初步的，學生對科學的思維方法只要有一定的了解即可，要求不能太高。教材對建立粒子模型的思維過程有如下考慮：物理概念、物理規律是針對一定的物理模型而言的，建立物理模型的過程體現了科學的思維方法。粒子的概念當然重要，但更重要的是引導學生了解粒子概念的提出、分析以及建立粒子模型的過程；為此，教材舉例說明準確描述物體的運動是非常困難的，并分析了困難的原因，逐步指出建立粒子概念的必要性，充分展現了物理研究的科學思維過程，讓學生體會到什么是科學的思維方法。
教學中，應進一步為學生創設問題情景。例如，播放視頻：鳥兒在飛翔、流水、瀑布、羽毛落下……詳細描述物體的運動有什么難點？是否需要了解物體各部分運動的區別？演示羽毛的落下。教師引導學生討論、總結點質點的概念，明確點質點概念的具體內容，什么情況下物體可以看作是點質點。同時，要明確建立物理模型是研究物理問題的基本方法。 （3）參考系與坐標系教學 學生在初中已經學習過參考物，教師可讓學生舉例說明同一物體相對于不同的參考物運動方式不同。教師應充分肯定學生所舉的典型例子，并結合教材中的圖1.1-4進行分析。然后教師應說明“參考物”的學名是“參考系”。坐標系的建立是教學的重點。 我們可以創設一個例子讓學生思考。圖1-1如圖1-1所示，一輛汽車從天安門沿長安街駛向西單、南菜園，我們怎樣描述汽車位置隨時間的變化？圖1-1讓學生思考如何選取坐標軸和正方向？如何選取坐標原點？如何確定坐標軸上的刻度值？教師最后總結：對于質點的直線運動，一般選取質點的運動軌跡作為坐標軸，以質點運動的方向為坐標軸正方向，以質點通過坐標軸原點的時刻作為時間的起點。 (4)全球定位系統（GPS）的教學圖1-2圖1-2全球定位系統的應用越來越廣泛，學生可以閱讀教材，舉例說明它的多種用途。
教材中沒有介紹定位原理，教學中也沒有對此作要求，而是要求學生理解圖1.1-6顯示屏上提供的信息。教材圖1.1-6顯示屏上北緯3955.451′、東經11623.504′是北京的經緯度，第一行的標題為267，其含義如圖1-2所示。 2 時間與位移 （1）教材分析介紹了時間、時間間隔、距離、位移、矢量等描述質點運動概念的含義及區別。本節和上一節的內容為下面學習速度和加速度奠定了基礎。學生很容易對時間和時間間隔、距離和位移的含義感到困惑，要注意讓學生理解它們之間的區別。 （2）整體教學設計 本部分要求學生理解時間、時間間隔、距離、位移等概念的含義及區別。教師一一解釋術語的效果不佳。可以考慮舉例讓學生分析討論。例如：利用教材中圖1.2-2從北京到重慶的路線，注明所用的交通工具，從列車時刻表上找出從北京出發的時間（時間）、中途經過各大站的時間（時間）、到達重慶的時間（時間）。可以讓學生自己畫出示意圖，表示從家到學校的路線、經過各地的時間等。讓學生結合例子分析時間、時間間隔、距離、位移等概念的含義，以及它們之間的聯系和區別。最后教師總結。 （3）位移的教學 位移是有大小和方向的物理量，即用從起始位置指向終止位置的有向線段來表示位移。
讓學生進一步理解質點位置的變化就是位移高中物理質點，根據位移可以確定質點新的位置。另外，位移是矢量，學生初次接觸矢量語言自然會感到不適應。我們可以考慮充分利用有向線段表示矢量的直觀、生動的特點，結合實際例子讓學生對矢量合成定律有初步的認識。例如本節“思考與討論”的內容也是教學的重要部分，但它并不要求矢量的教學一步到位，不告訴學生結論，而是讓學生從一個例子出發去思考矢量合成定律。學生不一定能說出完整的定律，但一定會理解三個位移矢量組成三角形的關系，這就符合教學要求。因為矢量合成定律以后要接觸更多的矢量后才會正式學習，所以這里只是起到一個前奏的作用。 （4）在“思考與討論”欄中教學圖1-3 圖1-3用從起始位置到終止位置的有向線段表示位移。作為矢量與標量的一個重要區別，位移的加法不同于標量的加法，這是教學的重點，也是難點。為了幫助學生初步理解矢量加法不同于標量的加法，教材專門設置了“思考與討論”欄，讓學生通過思考討論一個例題，體會到向北40m的位移加上向東30m的位移等于北偏東37度的位移50m。在學生畫出相應的矢量圖后，教師可引導學生拓展到其他情境高中物理質點，啟發學生得出矢量加法是幾何加法的結論。
注意這不是向量的全部教學，只是個前奏。向量的補充將在第三章交互中完成。 3.運動速度的描述 （1）教材分析 教材進一步講解了如何用坐標和坐標的變化來表示質點的位置和位移，為速度概念的描述做準備。教材重點講解速度，從平均速度開始，通過極限思維方法過渡到瞬時速度，講解瞬時速度表示物體某一時刻的速度。教材最后講解了速度的應用，特別是以“STS”欄的形式，從一個側面說明了速度與社會發展的關系。 （2）用坐標變化表示位移 平均速度和瞬時速度都定義為位移與時間的比值。用坐標變化Δx來表示直線運動中質點的位移的方法很重要。 教材以汽車沿直線道路行駛為例，讓學生通過思考和討論，理解如何用Δx表示位移的大小和方向。在組織學生討論總結時，教師要注意引導學生理清思維思路，如先選取質點運動的直線作為一維線性坐標系，確定坐標軸的原點和正方向，確定坐標軸的尺度。圖1-4 質點在t時刻位于A點，坐標x=10m。質點在t時刻位于B點，坐標x=30m。質點的位移是一條有向線段AB，線段長度20m表示位移的大小，有向線段的方向表示位移的方向。=20m，Δx的絕對值表示位移AB的大小，Δx為正值表示位移AB的方向與x軸正方向相同。
根據學生的思考和討論，我們還可以考慮設置如下問題，將討論引向更深的層次： 粒子 t=80m 粒子 t=-20m，Δx 的絕對值表示位移 CD 的大小，Δx 為負值表示位移 CD 的方向與 x 軸正方向相反。 粒子 t=-30m 粒子 t=20m，Δx 的絕對值表示位移 EF 的大小，Δx 為正值表示位移 EF 的方向與 x 軸正方向相同。 粒子 t=-40m 粒子 t=-30m，Δx 的絕對值表示位移 GH 的大小，Δx 為負值表示位移 GH 的方向與 x 軸正方向相反。 （3）平均速度與瞬時速度的教學學生認為平均速度很好理解，有的學生誤認為平均速度和初中學到的速度沒什么區別。我們可以舉例讓學生注意到，初中對速度的定義是距離和時間的比值，是沒有方向的。我們現在講的平均速度是一個矢量，它的方向和位置的方向相同。一輛車在10s內向東行駛了120m，另一輛車在10s內向北行駛了120m，兩輛車的平均速度相等，但是方向不同，所以它們的平均速度是不同的。教學實踐表明，利用教材中的極限概念來引入瞬時速度是可行的。 教材在定義平均速度之后，進一步指出“為了使運動的描述更加準確，可以使Δt更小，運動速度的差別就會更小；Δt越小，描述越準確；如果很小，可以認為它代表物體的瞬時速度。”這樣的處理，明確地體現了極限概念，目的是讓學生進一步加深對科學思維方法的理解，但卻避開了對極限的嚴格概念和計算，也沒有引入“極限”一詞。
為了加深學生對瞬時速度的理解，我們可以做如下演示實驗。 圖1-5 演示 如圖1-5所示，讓滑塊沿傾斜的氣墊導軌加速運動。在滑塊上放上不同寬度的擋光板，分別為Δx厘米、3厘米、5厘米、10厘米。如果沒有現成的擋光板，可以用硬紙板按要求的寬度制作。測量每個擋光板通過光電門所需的時間間隔Δt。擋光板越窄，Δt越小，對通過該位置的運動速度的描述就越準確。當Δt極小時，可以認為是瞬時速度。 （4）將STS思想融入速度教學 STS強調科學、技術與社會的互動關系，而不僅僅是科學在技術中的應用。教材本節在“STS”欄中專門設置了“速度與現代社會”一文。 介紹汽車速度的提高與城市發展的關系，討論環境、資源等問題。當涉及到科學、技術和社會問題時，應啟發學生思考這方面的問題，鼓勵學生發表自己的看法。例如，在文章的最后，可以提出這樣的問題：“交通速度是不是越快越好？”另外，針對課本上列出的常見速度表，學生可以補充一些有趣而重要的速度英語作文，如：0點鐘時空氣中的聲音速度為3.310米/秒，大陸板塊運動的速度約為10-9。（5）“說說看”欄教學：可以利用費曼所舉的有趣例子，組織學生閱讀、討論，鼓勵學生提出自己的想法。
教師引導學生認識到警察所說的超速是指瞬時速度，而女士是指在一段時間內行駛的距離和要行駛的距離。女士不理解瞬時速度。4實驗：用點式計時器測速將實驗教學與其他教學內容緊密結合起來的教學方法是本次實驗教學的特色。雖然沒有強制要求學生做的實驗，但教材對《課程標準》中任何要求的實驗都安排了實驗，要求所有學生都完成這個實驗。第一次實驗課應該向學生介紹實驗室的要求和安全注意事項。最好讓學生在課前看完教材“學生實驗”部分的內容，不要求看完整個實驗，主要目的是讓學生了解物理實驗，了解物理實驗的意義。 （一）實驗目標 要求學生通過課本觀察儀器并閱讀《指導卡》，掌握用點計時器在紙帶上記錄時間和位移的技巧，并運用此技巧測定平均速度、畫出vt圖形。了解利用圖形研究物理問題的方法。 （二）儀器設備 電磁點計時器（或火花計時器）；紙帶；尺子，長度30cm以上，最好是透明塑料尺；學生電源，使用4~6V交流電壓范圍；導線。 （三）注意事項 將復寫紙安裝好，調整復寫紙的位置。將紙帶從復寫紙盤下面穿過。 將計時器接上50Hz交流電源，從交流4V開始，觀察振動盤的振動情況。若振動盤振幅較小，則將電壓增加到6V。
然后拖動紙帶打點。觀察點是否清晰。打點完畢后應立即關掉電源（因為打點定時器是設計成間歇工作，避免線圈過熱損壞）。如遇紙帶打不出點或點顏色太淺的情況，糾正措施大致有三種：電源電壓偏低（4V）時可適當調高；調整復寫紙位置或更換復寫紙；調整打點定時器。打點定時器的調整。如打不出點，首先檢查壓紙架位置是否抬高，妨礙了振動板，使振動針打不到紙帶上。可將壓紙架壓下，恢復原位。這種情況一般是操作不當造成的。檢查打點定時器是否正常工作的方法是將定時器接上4-6伏交流電源，將紙帶穿過定時器，接通電源后觀察振動針是否在紙帶上打出痕跡。 如果沒有標記，可能有兩種情況。說明振動盤沒有在共振狀態下工作，可以松開螺絲，適當調整振動盤的位置，擰緊后觀察振幅，達到或接近共振狀態，即可正常工作。如果振動盤振動太多，仍然打不出點，則調整振針的位置，直到打出一個點為止。如果振針向下調整太久，打點針打點聲音會太大，容易出現重點。調整時要小心。有的同學可能會誤將打點定時器接到學生電源的直流電源上（非穩壓電源），紙帶上仍然打出點。這是因為直流輸出的是頻率為100Hz的單向脈動電流，會造成數據處理的錯誤。